变频技术在电力传动节能领域的应用

变频技术在电力传动节能领域的应用

李树伟

中冶华天工程技术有限公司内蒙古包头市014010

摘要：全球经济一体化的形势下，人们越来越重视资源的利用，我国近年来一直致力于创建资源节约型社会，转变传统的工作模式，以达到节能目标。

关键词：变频技术；电力传动；节能

引言

我国能源紧缺，党的十七大明确指出，坚持节约资源和保护环境是基本国策，必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置。在2016两会期间，已有代表指出，在中国电动机能效低的现状是中国工业高能耗的顽疾之一，电动机节能是中国工业强盛的必然趋势。因此，电力传动节能对我国能源的节约具有重要意义。其中变频技术经过几十年的发展完善，已成为电动机节能的主要措施之一。

1变频技术的发展历程

变频技术在我国得到真正关注大约在20世纪70年代末，至今已有三十余年。中国的大门向世界敞开以后，国外知名品牌的变频器在国内市场上都能找到踪影。国内变频器生产企业也与时俱进，几乎所有工科院校都开设了电力电子专业，为国家培养变流技术方面的人才。变频器市场的扩大和用户端需求的多样化，使高、低压变频器及一些特殊行业的专用变频器产品得到快速发展，变频器产品功能不断完善，集成度和系统化程度越来越高，操作也更加方便。它同时促进了变频器的国产化进程，国内涌现出越来越多的变频器生产企业。变频器的应用领域在不断扩大，涉及风机水泵、生产加工设备、重型机械、电动汽车、高速铁路、冰箱、空调、洗衣机等产品。变频器的功率范围从0．4kW到上万千瓦，经济效益十分明显。由于变频器在当今中国承载着高效运作、产业升级转型和节能降耗的重任，在国家大力倡导节能环保的大背景下，国内变频器市场需求旺盛，行业发展快速稳健。

2变频调速技术的相关内容

2.1变频调速器的基本内容

变频调速器是电子技术发展中的产物，其结合了先进的计算机信息技术，属于机电产品，其被广泛应用于工业设备中。变频调速器随着科学技术的发展而不断地更新，其在体积上越来越小，重量逐渐减轻，性能也不断地增强，在工业生产中起到了重要作用。变频调速器当下已经被应用于众多设备中，如水泵、机床、风机等，其具有多种型号，不同的功率可以适用于多种电机设备中。在电力传动中，风机和水泵都需要应用变频调速器，其所需要的电能十分大，所占电量使用比例达到了整个建筑用电的40%以上。随着变频调速的快速发展，其在电力行业中的应用范围不断扩大，性能也在逐渐完善，用途增多，受到了人们的重视。

在电力行业中应用变频调速器是电子行业发展过程中的必然选择。变频调速器在操作方式上较为简单，能够通过数字来显示转速，拥有在线无极调速的优势，最重要的是变频调速器能够起到节能作用，可降低生产成本，节约能源。

2.2变频调速技术的特点

变频调速技术具有其自身的特点，其结构系统化。变频调速系统充分利用了单元串联多电平技术，无论是输出，还是输入，均都是高压。应用这种技术的变频调速器有三个组成元件：①控制器；②移相变压器；③功率模块。变频调速器的功率模块结构采用的是单向逆变电路，其备件的种类并不丰富。而输入侧的结构则能够促进网测电流波形的改变，相对的输出侧结构也具有其特点，可避免对电机造成绝缘破坏。另外，变频调速器中的控制器具有较高的安全性，可有效防止电磁的干扰。

3变频调速技术在应用中需注意的事项

变频调速器在电力传动的应用中具有一定的优势。其在操作上较为简单，调频的时候转动旋钮即可。而且变频调速器能够将所获得的运行信息报表打印出来，可通过数字显示来精确地调节转速。另外，变频调速器可以进行远程控制，保护功能较强，当其出现故障的时候可以及时显示出故障位置，以便于及时发现故障并有效解决。在使用上，变频调速器的应用十分广泛，由于其内在功能十分强大，因而可以组合应用，外部的接口端也有着很多用途，用户可自行选择。变频调速器不惧恶劣的工作环境，可减少维护成本费用。在电力传动中应用变频调速技术的时候，需要选择合适的型号来使用。①要考虑设备的安全性，在选择变频调速器的时候，应当选择可靠的厂家，检验生产工艺，以确保变频调速器的质量符合标准要求，从而为设备的稳定运行提供可靠保障；②则要考虑到外界对设备的影响。很多工业设备中都需要应用变频调速器，因此在选择型号的时候一定要考虑施工环境，所选变频调速器必须能适应环境，能避免工业生产环境中的干扰；③则要重视高压扁平调速器的质量。如果其质量合格，则能够在发生小故障时仍保障设备的正常运行，更具可靠性。

4变频调速的原理

完成变频调速的设备称为变频器。变频器由整流器、滤波器、驱动电路、维护电路以及控制器（MCU/DSP）等构成。将单相或三相交流电源经过整流器并经电容滤波后，构成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，运用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。经过改动矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；经过改动调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，以满足变频调速对U/f协调控制的要求。

5变频技术的应用案例

2013年中铝河南分公司炭素厂媛烧循环水岗位有两台循环水泵，负责7台烧炉冷却水循环，其所配电动机分别为37kW，55kW。在运转过程中，水泵负载随炉况改变而改变。经技术人员计量，两台水泵日电耗约1300kW.h，电动机一直处于轻载状态。此后车间采取了加装变频器的节能计划，其投人本钱约3.4万元。改造后经调试，在满足工艺需要的前提下，变频器的频率参数调至38Hz，日电耗620kW/h，月节省电量约2万kW.h。并且在今后锻烧炉大修时，仍可依据负载状况减小频率参数，减少电耗。

6制约变频技术推广应用的因素

6.1谐波危害

变频器由整流器、中心电路、逆变器和控制电路构成。当变频器运转时，整流器和逆变器的电子器件迅速进行开关动作，因此产生高次谐波。同时变频器自身的输入则是一个非线性整流电路，特别是直接接人高压电网的中变频器，其不只富含大量的高次谐波，还会对电网造成谐波污染。2007年，在天铁热轧1750mm带钢工程的过程中，出现了因为精轧机的调速体系致使的体系谐波搅扰了PLC体系，UPS电源输出刹那间升至900V，不只损坏了设备，还致使电机温升过高，绝缘功能下降等一系列问题，严重影响了工程进度。现在有效抑制谐波的办法有两种：一种是对变频器添加额外的电力设备，从抑制谐波自身出发，有效地抑制谐波，例如装置电抗器或滤波器、电压隔离器等；二是从谐波的传输途径人手，优化变频器的作业电路及与其它电力设备的衔接线路，例如运用四象限技能的变频器、控制线选用屏蔽电缆等。

6.2功率元件耐高压能力不足

现在我国大容量电动机基本是选用6kV以上的电源电压，而因为变压器内部的功率元件耐压能力不足，致使变频器技能含量增高，本钱增加，并且设备可靠性下降，难以满生出产公司对低成本的需要。发展高耐压的功率元件和改进变频控制的技术是市场的需要。

结语

变频调速技术的发展，是我国科学技术创新中的产物，实效性强，应当将其广泛应用于电力运营中。当前，变频调速器的型号比较多，在选择的时候应当根据实际需求来选择，以充分发挥变频调速器的有效作用。需要注意的是，一定要确保变频调速器设备能够安全运行，保障设备的质量，以提高电力传动节能效果。

参考文献：

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